青島理工大學(xué)機(jī)械與電子工程系 毛瑋 任付娥 古福興 劉澳

前言

甘藍(lán)，原產(chǎn)于地中海沿岸，目前在我國有大面積栽培，尤其是大棚種植。甘藍(lán)有較強(qiáng)的硒富集能力，有增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抗衰老氧化、消炎殺菌和治療潰瘍等功效。甘藍(lán)適應(yīng)性強(qiáng)、品質(zhì)好、易貯耐運(yùn)，為我國大部分地區(qū)春、夏、秋季的主要蔬菜之一[1]。隨著培育技術(shù)的發(fā)展，其種植形式由過去的單家農(nóng)戶進(jìn)行春、夏、秋三季種植轉(zhuǎn)為農(nóng)村規(guī)?；亩嗖缍嗄Ｊ椒N植，以公司與農(nóng)戶結(jié)合的方式產(chǎn)銷[2]?，F(xiàn)階段甘藍(lán)收獲的機(jī)械化水平和生產(chǎn)效益較低，主要是人工勞動(dòng)，少數(shù)采用聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)。本文設(shè)計(jì)的一款大棚種植的結(jié)球甘藍(lán)低損傷收獲機(jī)旨在從收攏收割、傳送方面和機(jī)型大小方面解決上述問題。

1 研究背景

我國是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，蔬菜種植產(chǎn)業(yè)占據(jù)農(nóng)業(yè)很大比例，是人們?nèi)粘ｏ嬍持斜夭豢扇钡闹匾M成部分，同時(shí)也和農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)收益息息相關(guān)。近年我國甘藍(lán)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展如火如荼，種植面積于2012年躍居世界第一，產(chǎn)量于2016年達(dá)到世界總產(chǎn)量的一半[3，4]。然而生產(chǎn)的機(jī)械化水平仍然較低，尤其是在收獲方面用工量達(dá)到生產(chǎn)投入勞動(dòng)量的40%，效率低下、勞動(dòng)成本高，生產(chǎn)力發(fā)展水平與人們的需求之間的矛盾較大[2，5]。

目前，部分地區(qū)為提高生產(chǎn)效率使用聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)，但是一次性采收難度大，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的融合欠佳，生產(chǎn)成本高，且龐大的機(jī)型不適于大棚作業(yè)，并不能滿足人們對(duì)蔬菜越來越高的品質(zhì)要求。

2 國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)

2.1 國內(nèi)研究狀況

國內(nèi)農(nóng)用機(jī)械起步晚，機(jī)械化和自動(dòng)化程度低，設(shè)備技術(shù)水平不夠完善，尤其收獲環(huán)節(jié)的機(jī)器未實(shí)現(xiàn)商品化，大多處于研發(fā)、試制階段[6]?，F(xiàn)試制機(jī)器主要是臺(tái)灣、甘肅、山東和東北等地區(qū)自走式機(jī)器，單行或雙行作業(yè)，一次性采收效果差，對(duì)甘藍(lán)的損傷較大且田地的不同株間距適應(yīng)性差。

2.2 國外研究狀況

國外農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度高，已實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和商品化，但是主要是懸掛式和牽引式，不適合我國的種植方式的收獲。從蘇聯(lián)第一臺(tái)甘藍(lán)收獲機(jī)到比利時(shí)的KOROVM DB型甘藍(lán)收獲機(jī)和意大利的RAPID T甘藍(lán)收獲機(jī)型等一系列機(jī)器均存在機(jī)型過大、株間距過大、對(duì)菜體損傷大、成本高和能耗高的問題，機(jī)器對(duì)不同的土地作業(yè)環(huán)境適應(yīng)性較低，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合性差。

綜上所述，在甘藍(lán)收獲技術(shù)上國內(nèi)外差距較大，但均存在菜體損傷嚴(yán)重、機(jī)型過大和種植方式適應(yīng)性差的問題，本文提出的收獲機(jī)機(jī)型小，可在大棚內(nèi)一次性完成不同株間距種植的多壟收獲、傳送和收集，并有效減輕菜體損傷。

3 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文提出的大棚種植的結(jié)球甘藍(lán)低損傷收獲機(jī)主要包括機(jī)架（如圖1中3104所示），為機(jī)器的總體框架部分，用于保證機(jī)器的整體性；收攏收割裝置（如圖1中3103所示）若干組，通過螺栓并排固定于機(jī)架上，用于甘藍(lán)球體的收攏、傾斜切割，能夠減輕對(duì)菜體的損傷；撥動(dòng)裝置（如圖1中3102所示）設(shè)置于機(jī)架前方，用于甘藍(lán)的依次、穩(wěn)定傳送；傳送裝置（如圖1中3101所示）安裝于機(jī)架頂部，用于甘藍(lán)的輸送；收集裝置（如圖1中3105所示）連接于機(jī)架后方，用于收集甘藍(lán)；速度調(diào)節(jié)裝置（如圖1中3106所示）設(shè)置于機(jī)架側(cè)方，用于調(diào)控前進(jìn)、撥動(dòng)和傳送速度。

圖1 結(jié)球甘藍(lán)低損傷獲機(jī)的整體圖

3.2 重要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文提出的大棚種植的結(jié)球甘藍(lán)低損傷收獲機(jī)核心結(jié)構(gòu)為收攏收割部分、撥動(dòng)部分、傳送部分和收集部分。收攏收割裝置由一羊角式分叉鏟板（如圖2中3201所示）和一傾斜收割刀片（如圖2中3202所示）栓連，若干組收攏收割裝置按照甘藍(lán)的種植方式將通過連接裝置固定于機(jī)架上，可根據(jù)不同的甘藍(lán)種植方式調(diào)節(jié)間距或直接拆下。機(jī)器前進(jìn)過程中將甘藍(lán)球體收攏，繼而傾斜的收割刀片將其割下，在多壟收割的基礎(chǔ)上減輕對(duì)菜體和根部的損傷，便于甘藍(lán)的二次生長(zhǎng)，降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 收攏收割裝置圖

撥動(dòng)裝置為帶有可升降裝置（如圖3中3301所示）的撥動(dòng)板（如圖3中3302所示），安裝于機(jī)架頂部前方，用于收割后的甘藍(lán)菜體順利進(jìn)入傳送階段，防止菜體摔落、影響蔬菜質(zhì)量。傳送裝置為傳送帶（如圖4中3402所示），不同的是其上設(shè)置有等間距小隔板（如圖4中3401所示）和防護(hù)擋板（如圖4中3403所示），用于甘藍(lán)的穩(wěn)定輸送。

圖3 撥動(dòng)裝置圖

圖4 傳送裝置圖

收集裝置為一置物臺(tái)（如圖5中3501所示）和多個(gè)收集箱（如圖5中3502所示）組成，安裝在機(jī)架后方，用于收集甘藍(lán)，箱滿后直接卸下，適用于大棚種植甘藍(lán)的收割、收集，提高了勞動(dòng)效率。

圖5 收集裝置圖

3.3 機(jī)器運(yùn)作過程

使用大棚種植的低損傷甘藍(lán)收獲機(jī)收獲甘藍(lán)前，根據(jù)其種植方式選擇性拆卸收攏收割裝置并調(diào)節(jié)至合適位置。投入使用時(shí)，首先各羊角式分叉鏟板進(jìn)行收攏，同時(shí)下方傾斜的收割刀片對(duì)其進(jìn)行切割，繼而撥動(dòng)裝置將甘藍(lán)撥至傳送裝置，傳送裝置將甘藍(lán)送入機(jī)架后方的收集裝置，收集裝置放有收集箱用于收集并存放甘藍(lán)，箱滿后取下即可。

4 結(jié)語

在剖析現(xiàn)有甘藍(lán)收獲機(jī)的基礎(chǔ)上，本文提出了一種大棚種植的結(jié)球甘藍(lán)低損傷收獲機(jī)，對(duì)機(jī)型大小、收攏收割、傳送和收集等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)減輕甘藍(lán)菜體損傷的同時(shí)，一次性完成收攏、收割、傳送和收集等工序，對(duì)各種不同的種植田地和方式的適應(yīng)性強(qiáng)，可有效提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益、降低勞動(dòng)和經(jīng)濟(jì)成本。